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面向大规模数据的高效超图神经网络

中国科学：信息科学 2024年第4期54卷 853-871页

作者：吉书仪魏宇轩戴琼海高跃清华大学软件学院北京100084 清华大学自动化系北京100084 脑与认知智能北京实验室北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 清华大学脑与认知科学研究院北京100084

高阶关联广泛存在于现实世界中,如社交网络、生物网络、交通网络等,建模及优化高阶关联对于网络属性研究和演化趋势预测具有重要意义.超图是一种灵活的数据结构,能够自然地建模高阶关联.近年来,随着深度学习的发展,基于超图建模的超图... 详细信息

高阶关联广泛存在于现实世界中,如社交网络、生物网络、交通网络等,建模及优化高阶关联对于网络属性研究和演化趋势预测具有重要意义.超图是一种灵活的数据结构,能够自然地建模高阶关联.近年来,随着深度学习的发展,基于超图建模的超图神经网络被广泛应用于面向高阶关联的表示学习.然而,现有的超图神经网络均基于直推学习范式,虽然在小规模超图数据集上取得了不错的效果,但难以应用到大规模数据上,限制了其应用范围.本文首先分析了现有超图神经网络方法在大规模数据上应用的挑战,然后针对该问题提出了面向大规模数据的高效超图神经网络方法(efficient hypergraph neural network,EHGNN).针对现有方法空间、时间复杂度过高的问题,EHGNN分别设计了超图采样模块和基于单阶段超图卷积的计算加速模块,同时降低了超图神经网络的空间开销和时间开销,使得超图神经网络适用于大规模超图数据,显著增强了可扩展性.在4个真实超图数据集上的实验结果验证了EHGNN的有效性和高效性.

关键词：超图计算超图神经网络高阶关联大规模数据节点分类

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智能飞行汽车关键技术及发展趋势

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 601-624页

作者：张新钰荣松松李骏李德毅刘华平黄元昊黄康尧罗建曦清华大学车辆与运载学院北京100084 清华大学计算机科学与技术系北京100084 清华大学猛狮无人驾驶实验室北京100084 新加坡科技设计大学数据驱动创新实验室新加坡487372

城市立体交通是未来智慧出行发展的热点方向,近年来受到了广泛的关注.作为城市立体交通的载体,智能飞行汽车融合了飞机与汽车两种运动模态,能够灵活地在空中与地面进行切换.本文介绍了智能飞行汽车的背景、历史与现状,阐述了其与城市空... 详细信息

城市立体交通是未来智慧出行发展的热点方向,近年来受到了广泛的关注.作为城市立体交通的载体,智能飞行汽车融合了飞机与汽车两种运动模态,能够灵活地在空中与地面进行切换.本文介绍了智能飞行汽车的背景、历史与现状,阐述了其与城市空中交通载具的区别,分析与讨论了飞行汽车的系统设计,并介绍了智能飞行汽车的关键技术创新,包括动力技术和机电总体设计、多模态切换、模块复用与飞车脑认知等.重点讨论了飞行汽车的智能化技术,包括近地感知、决策与规划、智能控制与智能通信系统的关键技术与瓶颈.最后,结合现有技术,对智能飞行汽车的技术进行了剖析,并讨论了潜在的解决方案与发展趋势.

关键词：智能飞行汽车城市立体交通飞车脑认知多模态切换智能化技术

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基于内在奖励的强化学习推荐探索策略

计算机工程与应用 2024年

作者：庾源清马为之张敏清华大学计算机科学与技术系泉城实验室中关村实验室清华大学智能产业研究院

近年来强化学习算法被引入推荐系统以解决探索-利用问题，改善平台上用户体验并提升系统长期效益。现有研究主要从模型层面进行探索策略设计，但大部分工作很少考虑用户体验对探索策略的影响。本研究提出通过修改奖励的方式设计探索策... 详细信息

近年来强化学习算法被引入推荐系统以解决探索-利用问题，改善平台上用户体验并提升系统长期效益。现有研究主要从模型层面进行探索策略设计，但大部分工作很少考虑用户体验对探索策略的影响。本研究提出通过修改奖励的方式设计探索策略，充分考虑强化学习在推荐场景下将用户建模为环境的特殊性，将商品多样性和新颖性作为内在奖励，利用用户体验指导模型的探索方向。该文在两个不同类型的真实数据集上进行实验，实验结果表明所提出方法在推荐性能和推荐商品多样性等各项指标上实现了明显的效果提升，验证了所提出探索策略的有效性。

关键词：推荐系统强化学习探索策略

面向进出站强制换道过程的智能网联公交车两车协同换道策略

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清华大学学报(自然科学版) 2024年第8期 1456-1468页

作者：任晗啸罗禹贡关书睿于杰周俊宇李克强清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室

目前针对智能网联公交车换道策略的研究多基于单车智能实现，缺少对周围车辆的考虑，难以处理车间冲突，无法同时保障公交车进出站强制换道的安全性和成功率，且容易对上游交通造成影响。该文旨在面向公交车进出站强制换道过程，提出一... 详细信息

目前针对智能网联公交车换道策略的研究多基于单车智能实现，缺少对周围车辆的考虑，难以处理车间冲突，无法同时保障公交车进出站强制换道的安全性和成功率，且容易对上游交通造成影响。该文旨在面向公交车进出站强制换道过程，提出一种基于云控系统的两车协同换道策略。针对进站过程，建立了基于换道收益准则的换道决策模型，制定了包含纵向调整、协同换道的两段式滚动时域轨迹规划方法，并基于分层二次规划改善算法实时性；针对出站过程，采用基于规则的决策方法和提前减速策略，制定了考虑港湾式车站特点的轨迹规划方法，以适应车站形状和公交车机动性的要求。仿真和硬件在环实验表明：该策略能够有效提升公交车进出站强制换道的成功率，并在保障换道安全的同时降低对上游交通的影响，且在真实云平台的运算、通信环境下具备可用性。

关键词：智能网联汽车公交车强制换道协同换道

机器人化装备测量-加工一体化技术现状及展望

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机器人 2024年第1期46卷 118-128页

作者：王卓群谢福贵解增辉刘辛军清华大学机械工程系北京100084 清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084

面对非结构化的加工场景以及多品种小批量复杂构件的定制化加工需求,机器人化装备需具备感知待加工件和加工场景的能力,对测量技术与加工技术的深度融合需求迫切,但目前尚无成熟的技术体系。本文围绕测量-加工一体化技术所涉及的测量数... 详细信息

面对非结构化的加工场景以及多品种小批量复杂构件的定制化加工需求,机器人化装备需具备感知待加工件和加工场景的能力,对测量技术与加工技术的深度融合需求迫切,但目前尚无成熟的技术体系。本文围绕测量-加工一体化技术所涉及的测量数据获取、加工特征提取、加工方案生成和末端闭环控制4项关键技术进行综述,总结了测量-加工一体化技术的现状与面临的技术挑战,对测量-加工一体化技术在构建跨尺度测量场、优化数据驱动方式、集成多功能测量、拓展智能化应用等方面的发展趋势进行了分析和探讨。

关键词：测量-加工一体化机器人化装备智能化加工跨尺度测量

基于脑电的快速序列视觉呈现脑-机接口系统研究进展综述

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电子与信息学报 2024年第2期46卷 443-455页

作者：魏玮邱爽李叙锦毛嘉宇王妍紫何晖光中国科学院自动化研究所多模态人工智能系统全国重点实验室脑图谱与类脑智能实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

脑-机接口(BCI)系统建立大脑与外部设备之间的直接交流通路,结合快速序列视觉呈现(RSVP)范式能够实现利用人类视觉系统进行高流通量图像目标检索。近些年来,RSVP-BCI系统在范式编码、脑电(EEG)解码和系统应用方面的研究取得了长足的进... 详细信息

脑-机接口(BCI)系统建立大脑与外部设备之间的直接交流通路,结合快速序列视觉呈现(RSVP)范式能够实现利用人类视觉系统进行高流通量图像目标检索。近些年来,RSVP-BCI系统在范式编码、脑电(EEG)解码和系统应用方面的研究取得了长足的进步。对范式编码的研究揭示不同范式参数对系统性能的影响,促进提升系统性能;脑电解码的研究在提升算法分类性能的同时推动少训练、零训练样本、多模态等场景下的应用;对RSVP-BCI系统应用的研究实现推动系统走向实际应用并拓宽了应用领域。同时,系统仍面临着迈向实际时可应用领域范围窄、脑电跨域解码难题以及计算机视觉飞速进步带来的挑战。该文对RSVP-BCI近年来的相关研究进展进行了回顾与总结,并对未来的发展方向进行了展望。

关键词：脑-机接口快速序列视觉呈现脑电

基于场景划分的智能网联汽车协同换道避障方法

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汽车工程 2024年第5期46卷 745-753页

作者：周俊宇李克强任晗啸于杰罗禹贡清华大学车辆与运载学院汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

为解决传统基于V2V通信的两车协同换道对于前方交通存在未知交通情况,及周围车辆信息获知不准确情况下换道成功率低且无法保证交通效率最优的问题,本文提出了一种基于场景划分的ICV两阶段协同换道避障方法。首先,将换道过程划分为纵向... 详细信息

为解决传统基于V2V通信的两车协同换道对于前方交通存在未知交通情况,及周围车辆信息获知不准确情况下换道成功率低且无法保证交通效率最优的问题,本文提出了一种基于场景划分的ICV两阶段协同换道避障方法。首先,将换道过程划分为纵向间距调整阶段与横向换道阶段,分别使用四次多项式与五次多项式描述两个阶段ICV的轨迹;其次,根据纵向间距调整结束时刻车辆的相对位置设计了4种场景,并设计以车辆调整末速度、距离与换道时间为目标函数的换道模型,在保证换道成功率的同时减少换道行为对上游交通产生的影响;最后,为了验证算法的有效性,在4种场景下分别设计可行工况,并对间距调整过程进行速度-时间与距离-时间关系图进行分析,证明间距调整过程均满足安全约束;同时,本文通过遍历循环计算换道避障算法的边界值,说明了ICV换道避障成功率与车间距、车辆与障碍物间距之间具有相关性。

关键词：智能网联汽车换道避障轨迹规划边界分析

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理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型

工程力学 2024年第2期41卷 25-34页

作者：宋凌寒王琛樊健生清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

该文提出了一个理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型StructGNN-E,能够高保真数字化结构体系的拓扑连接关系与构件组成信息,无需外部标签数据即可实现对任意杆系结构体系的弹性内力分析,且计算结果具有理论正确性。总结了结构体系... 详细信息

该文提出了一个理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型StructGNN-E,能够高保真数字化结构体系的拓扑连接关系与构件组成信息,无需外部标签数据即可实现对任意杆系结构体系的弹性内力分析,且计算结果具有理论正确性。总结了结构体系层次的特点,理论分析了常规神经网络的不可行性,进而采用了基于非欧图数据的图神经网络架构,能够有效刻画结构体系的非序列性与非平移不变性。考虑到体系层次数据严重匮乏以及常规智能计算方法忽视力学意义的问题,通过将三大力学方程与深度学习推理过程相结合,提出了适用于体系内力分析的理论驱动模式,实现了不依赖于外部标签数据的智能求解方案。数值试验表明:StructGNN-E模型能够高精度完成杆系结构体系的弹性内力分析,且在大规模框架结构计算中计算效率提升可达36%。通过具体的对比试验,证明了常规深度学习模型与数据驱动模式在体系层次的不适用性,进一步阐释了StructGNN-E模型的有效性与合理性。

关键词：结构体系图神经网络理论驱动深度学习结构分析

基于柔性传感技术的高速列车轮轨力在线监测方法

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 545-552页

作者：陈思宇刘亚风付从艺王海瑞陈颖陆炳卫马寅佶王禾翎冯雪清华大学航天航空学院北京100084 清华大学柔性电子技术实验室北京100084 浙江清华柔性电子技术研究院嘉兴314000

监测轮轨力信号对于保障高速列车的安全运行、提高轨道线路的质量管理具有重要意义.然而,现有的轮轨力测试方法不能保证车轮在任意旋转角度下的测试精度与灵敏度,难以实现列车在高速行驶过程中轮轨力的实时连续测量.本文基于柔性电子技... 详细信息

监测轮轨力信号对于保障高速列车的安全运行、提高轨道线路的质量管理具有重要意义.然而,现有的轮轨力测试方法不能保证车轮在任意旋转角度下的测试精度与灵敏度,难以实现列车在高速行驶过程中轮轨力的实时连续测量.本文基于柔性电子技术设计了一款新型轮轨力传感器,在柔性衬底上设计环形应变栅结构,利用金属的压阻效应,获取环形区域内的整体变形随轮轨力变化的情况.垂向加载实验结果表明,柔性轮轨力传感器不仅具有良好的线性度,且在循环加载测试中表现出优异的稳定性和可重复性.更重要的是,该柔性轮轨力传感器能保证车轮在旋转任意角度情况下的测试精度与灵敏度.有限元仿真结果表明,在车轮内外两侧相对轴心等距离处布置柔性环形传感器,通过两侧传感器的输出信号可实现对轮轨横向力和垂向力的有效解耦.配合无线传感技术,柔性轮轨力传感器可实现高速列车轮轨力实时连续监测,对我国发展下一代智能高铁具有重要意义.

关键词：智能高铁健康监测轮轨力柔性电子传感器